基于軍用設備環境要求的某型號電源控制器設計

王艷 余成功

摘 要：基于高、低溫度，濕熱，鹽霧，霉菌，振動和溫度-濕度共七方面的軍用設備環境要求，從結構、材料以及材料表面處理三方面，設計某型號電源控制器。

關鍵詞：設備環境要求;結構;材料;表面處理

1 概述

GJB150-86《軍用設備環境試驗方法 總則》規定了軍用設備環境試驗方法，包括總則和對高、低溫度，濕熱，鹽霧，霉菌，振動和溫度-濕度等環境的試驗方法和要求，通過提供統一的，具有再現性的通用環境試驗方法，以評價設備適應自然和誘導環境的能力。

本文設計的電源控制器（以下簡稱控制器），作為飛機用電源設備的重要組成部分，控制器的環境適應性指標應滿足GJB150.1-86《軍用設備環境試驗方法 總則》的要求，是設計中不可或缺的要素。

本文以某型號電源控制器設計為例，從結構、材料以及材料的表面處理三方面，淺析如何滿足環境適應性的設計。

2 結構及結構的環境適應性設計

2.1 結構

該控制器結構由三部分組成，控制器機箱、線路板和支架組成。其中控制器機箱由控制器罩和控制器底座組成。線路板包括上、中、下三塊線路板。支架不僅是連接控制器機箱和線路板的橋梁，在滿足電氣安全間距的情況下，支架還要對線路板起到安裝、固定作用。其結構圖如圖1所示。

控制器機箱有兩方面的作用，一是給控制用元器件或接插件元件以及線路板等提供相對密閉的空間，其堅固的外殼保護著內部線路板和線路板上的各種敏感元器件，同時針對濕熱，鹽霧，霉菌和溫度-濕度的不同環境要求，對內部零部件起到一定的保護作用;二是底座采用鋼板材料，通過支架的連接，對線路板起到良好的抗振動作用。

為了滿足標準對溫度的要求，線路板上所采用元器件均采用符合軍用標準的器件，保證其對溫度的要求。

3 材料及材料的環境適應性分析

控制器罩采用的材料是鋁板，控制器底座是不銹鋼板，控制器內部所有支架的材料均采用不銹鋼板，大電流通過的匯流條采用銅板，上、中、下線路板采用的材料是環氧玻璃布層壓板。

3.1 ?鋁板/鋁棒及其環境適應性分析

鋁的密度很小，可以制成各種鋁合金;鋁導電性較好，性能僅次于銀、銅和金;鋁是熱的良導體，可以用作散熱材料;鋁有良好的延展性，可以制成薄于0.01mm的鋁箔。

根據鋁制品的不同用途，鋁的表面處理方式一般有導電氧化，黑色陽極化，表面處理之后并進行噴漆處理。對于鋁板或鋁棒材料的零件，如果需要保持其良好的導電性的前提下進行保護，需對表面先進行導電氧化處理，如果不需要考慮鋁制品的導電性，需對表面進行陽極化處理。

鋁材導電氧化后可以防止電磁信號的干擾，并且氧化膜無色透明，僅有0.3～0.5um厚，不影響其導線性能。導電氧化不需要通電，是一種純化學反應。鋁材導電氧化后可以防止電磁信號的干擾，氧化膜無色透明，僅有0.3～0.5um厚，不影響其導線性能。

陽極化在通高壓電的情況下進行，金屬材料在電解質溶液中，通過外施陽極電流使其表面形成氧化膜，是一種電化學反應過程。鋁制品陽極化處理的膜比導電氧化處理后的膜厚，且堅硬耐磨，陽極化后的鋁制品不導電。因為黑色表面吸熱，鋁制品一般進行黑色陽極化處理，這樣有利于熱量傳遞到表面。

3.2 ?不銹鋼及其環境適應性分析

該控制器底座設計選用的鋼材為不銹鋼，不銹鋼全稱為不銹耐酸鋼，簡言之，能抵抗大氣的酸性腐蝕。鋼一般需要熱處理，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理是指在固態下通過對鋼進行不同的加熱、保溫、冷卻來改變鋼的組織結構。而不銹鋼的表面一般進行鈍化處理。鈍化是使金屬表面轉化為不易被氧化的狀態，從而延緩金屬的腐蝕速度的方法。鋼材鈍化后不易生銹。

3.3 ?銅板及其環境適應性分析

采用銅板作匯流條，但銅氧化后不導電。為了防止銅板被氧化，在銅的表面需要鍍（5～8）um的錫，銅鍍錫后，銅和錫形成原電池，錫失去電子被氧化，從而保護金屬銅。

3.4 ?環氧玻璃布層壓板及其環境適應性分析

環氧玻璃布板是由玻璃纖維布用環氧樹脂粘合后加溫加壓制作，在中溫下機械性能高，在高溫下電氣性能穩定，適用于機械、電器及電子用高絕緣結構零部件，具有優良的機械加工性能、較高的耐熱性和耐潮性。所以，環氧玻璃布層壓板一般作為絕緣板使用，但是切割表面粗糙，易吸潮，影響絕緣性，需要進行噴漆保護。

4 不同漆的環境適應性分析

在現實條件下，面對化學、震動、高塵、鹽霧、高溫與潮濕等復雜環境，不同材質的零部件可能產生腐蝕、軟化、變形、霉變等問題。為了保證控制器機箱、支架和線路板及其相關的零部件免受環境的侵蝕，從而提高并延長它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性，設計完成后，根據不同需求，在各類零部件的表面進行涂漆或浸漆處理。以下是我廠經常用到的漆及其特性分析。

4.1 ?環氧漆

環氧漆是以環氧樹脂為主要原料，并且環氧樹脂的性能起到決定性作用的油漆總稱。環氧漆是目前油漆中附著力最佳的油漆品種。環氧漆具有良好的耐堿性，耐堿性能是普通油漆如醇酸、硝基油漆不具備的。環氧漆漆膜堅韌，抗沖擊、耐磨、耐折彎性能好。環氧漆具有耐濕熱、潮濕的性能，適用于潮濕空氣、水下污水等環境。環氧漆可以自然干燥，耐鹽霧腐蝕。環氧漆的缺點是不耐紫外線，戶外容易粉化，所以，通常用作底漆。

4.2 磁漆

磁漆是以清漆為基料，加入顏料研磨制成，涂層干燥后呈磁光色彩而涂膜堅硬，磁漆附著效果好，光亮，耐久。因為黑色表面吸熱，一般采用黑色磁漆，有利于熱量傳遞到表面。

4.3 電阻漆

電阻漆用于電子元器件的絕緣漆，具有涂層耐溫、絕緣、抗潮等性能，電性能良好，機械強度高。

4.4 酚醛清漆

清漆是不含著色物質的一類涂料，涂于底材時，能形成具有保護、固化或特殊性能的透明漆膜。酚醛清漆由干性油酚醛涂漆加催干劑、200號油漆溶劑油制成。干燥較快，漆膜堅韌耐久，光澤好，耐熱、耐水、耐弱酸堿。

4.5 ?三防漆

三防漆是一種特殊配方的涂料，三防漆涂覆于線路板的表面，形成一層三防的保護膜（三防指的是防潮、防煙霧、防霉）。它可在諸如化學物質、濕氣、鹽噴、潮濕與高溫的情況下保護電路免受損害。另外，由于三防漆可防止漏電，因此允許更高的功率和更近的印制板間距，從而可以滿足元件小型化的要求。

5 某型號電源控制器環境適應性設計

對于控制器罩，設計時采用鋁板，在實際中作為電氣地。為了保護控制器罩和底座不受環境的侵蝕，但又不損害其導電性，對控制器罩和底座表面進行導電氧化處理，并進行噴漆處理。設計時一般采用先噴鋅黃色環氧酯底漆，后噴黑色丙烯酸聚氨酯無光磁漆的方法，這樣不僅保證控制器罩和底座達到環境篩選的要求，而且保證它們的良好導電性。

控制器底座和內部支架均采用不銹鋼材料，表面進行鈍化處理。

上、中、下印制板材料均為環氧玻璃布板覆銅箔板，由于濕氣是對此材料PCB電路板最普遍、最具破壞性的主要因素。過多的濕氣會大幅降低導體間的絕緣抵抗性、加速分解、降低Q值、腐蝕導體。我們常常看到PCB電路板金屬部分起了銅綠就是由于沒有涂覆保護漆，使得金屬銅與水蒸氣、氧化共同化學反應引起的。綜上考慮， KZQ-156控制器在驗證完電路板的功能后，對電路板兩面涂覆三防漆，以保護上、中、下線路板組件免受環境的侵蝕。

6 總結

環境適應性性能是檢驗控制器產品合格與否的一個重要參數指標。無論是結構處理還是材料選擇以及噴漆等表面處理都是為了提高產品性能。該控制器產品針對環境適應性做的相關設計，最終也是經受了環境篩選的考核，說明設計思路是可行的、有效的。

參考文獻

[1]中華人民共和國機械國家標準.JB/T5109_2001

[2]軍用設備環境試驗方法 總則.GJB 150.1-86